毕业设计（论文）-温度测量LCD显示系统的设计.doc

材材 料料 清清 单单 一、毕业设计任务书 二、毕业设计开题申请表 三、毕业设计开题报告 四、毕业论文 五、专业译文 声声 明明 本人单铁铸，系襄樊学院电气信息工程系自动化专业 0311 班学 生。所做论文内容主体均为原创，无任何抄袭、剽窃他人劳动成果的 行为。如有发现此类行为，本人愿意为此承担一切道义及法律责任， 特此声明。 学生签名： 年 月 日 1 襄樊学院毕业论文（设计）任务书 毕业论文（设计）题目 温度测量 lcd 显示系统的设计 学生姓名 单铁铸 专业 自动化 班级 0311 指导老师 贾 巍 一、 毕业论文（设计）的主要内容： 1、用 mcs-51 单片机作为核心控制器，选用测量温度的传感器，设计一个温度测量显 示系统。该系统能对温度进行实时测量并用 lcd 显示。要求采用的温度传感器精度较 高，lcd 显示清楚直观。重点分析 lcd 显示的工作原理，设计出单片机对 lcd 显示器的 驱动程序。 2、进行系统硬件电路设计，画出系统原理图。 3、画出流程框图编出程序，进行系统软件的设计。 4、在单片机开发系统上进行软件的仿真，再进行软、硬件的联调。 5、在设计和实验的基础上完成毕业论文（1.0 -1.2 万字） 。 6、翻译一篇英文论文或文献成中文(不少于 5000 字)。 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 2 二、毕业论文（设计）的基本要求及应完成的成果： 1、掌握 mcs-51 系列单片机的基本原理,系统的扩展,外设及接口的配置。 2、掌握单片机汇编语言指令（c 混合语言编程指令）和程序模块化设计的方法。 3、掌握 protel 99 se 及伟福 e6000、keil uvision2 软件的安装和使用。 4、具备一定的查阅资料，进行外文翻译的能力。 5、完成毕业设计论文一份，对研究内容阐述清楚，设计内容的表达符合工程设计规范。 二、 毕业论文（设计）的进度安排： 1、第 1 周第 4 周：查阅资料，消化内容，形成方案，写出开题报告。 2、第 5 周第 10 周：根据开题报告进行设计，获得结果。 3、第 11 周第 12 周：写出毕业设计报告。 4、第 13 周：对毕业设计进行形式审查，演示设计结果，作好答辩准备。 5、第 14 周：文本打印。 6、第 15 周：进行答辩。 三、 毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献： 1胡汉才.单片机原理及其接口技术m. 北京：清华大学出版社, 2004.2 2丁元杰.单片微机原理及应用m.北京：机械工业出版社，2002 3杨小川编著. protel dxp 设计指导教程m.清华大学出版社，2003 4张培仁.基于 c 语言编程 mcs51 单片机原理与应用m.北京：清华大学出版社,2003.1 5刘征宇.最新 74 系列 ic 特性代换手册m.福建：福建科学技术出版社, 2002.2 6杨小川编著. protel dxp 设计指导教程m. 北京：清华大学出版社，2003.9 7楼然苗等.51 系列单片机设计实例m.北京：北京航空航天大学出版社,2003.3 8勒达.单片机应用系统开发实例导航m.北京：人民邮电出版社,2003.10 9何希才.通用电子电路应用 400 例m.北京：电子工业出版社,2005.6 10李群芳等.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础m.北京：清华大学出版社,2005.3 1 襄樊学院毕业论文（设计）开题申请表襄樊学院毕业论文（设计）开题申请表 学生姓名单 铁 铸指导老师贾 巍 系（院）电信系专业自动化 班级 0311 论文题目温度测量 lcd 显示系统的设计 开 题 申 请 温度测量与控制是工程实践中常见问题,在现实生产、生活中有着广泛的 应用。单片机具有集成度高、体积小、性价比高、易于产品化等特点，广 泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域， 使产品小型化智能化，既提高了产品的功能与质量，又降低了成本。本设 计采用数字温度传感器 ds18b20 作为测温传感器, 温度传感器 ds18b20 采 集温度信号送给单片机处理，单片机再把处理后的温度数据送到 lcd 上显 示出来。本次设计的关键技术在于温度数据的采集和 lcd 的显示。本次设 计主要用到的硬件有：zy15mcu12bd 单片机实验箱。软件主要有：伟福仿 真器（wave6000） 、keil c51、protel 99 se。 基于设计任务书完成了开题报告，达到开题要求，特申请开题，请予以 批准。 申请人签名： 年 月 日 指导教师意见 本课题具有一定的应用前景，开题报告设计方案具体可行，条理清晰， 格式符合要求。对关键性技术需要进一步深入研究。特准许开题，进入下 一阶段的毕业设计。 指导教师签名： 年 月 日 1、开题申请应包含申请人根据指导教师下达任务书的要求完成开题报告的基本过程，对所选课题 的基本认识及开题申请； 2、指导教师意见应包含指导教师对学生开题报告的评价及开题意见； 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 2 3、 学生提交申请表时须同时提交开题报告文本。 附：开题报告正文 温度测量温度测量 lcd 显示系统的设计显示系统的设计 学生姓名： 单 铁 铸 指导老师：贾 巍 一一 本课题的研究目的及意义本课题的研究目的及意义 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什 么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展对是否能 掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以 说几乎%80 的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度测量与控制更是工程实践中常 见问题,在现实生产、生活中有着广泛的应用。 二二 本课题选题背景本课题选题背景 当今，世界各工业发达国家正集中全力进行工业综合自动化技术的研究。所谓综 合自动化，就是在自动化技术、信息技术、计算机控制和各种生产加工技术的基础上， 从生产过程的全局出发，通过生产过程的各种信息的集成，把控制、优化调度、管理、 经营、决策融为一体，形成一个能适应各种生产环境和市场需求，多变性的总体最优 化的高质量、高效益、高柔性的管理生产系统。在实现工业现代化过程中，研究和开 发综合自动化技术是国家工业发展的需要，也只有通过工业的高度自动化，才能使国 家在国际市场的竞争中获得巨大的社会效益和经济效益。 单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。单片机的主要特点有： （1）可靠性高 （2）便于扩展 （3）控制功能强 （4）低电压、低功耗 （5）片内存 储容量较小，除此之外，单片机还具有集成度高、体积小、性价比高、应用广泛、易 于产品化等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控 制等诸多领域，使产品小型化智能化，既提高了产品的功能与质量，又降低了成本， 简化了设计。 三三 实验系统的硬件电路组成实验系统的硬件电路组成 电路基本工作原理: 本设计采用数字温度传感器 ds18b20 作为测温传感器, 温度 传感器 ds18b20 采集温度信号送给单片机处理，单片机再把处理后的温度数据送到 lcd 上显示出来。当温度超过软件所设计的上下限时，系统自动声光报警。本次设计的 关键技术在于温度传感器的使用和 lcd 的显示。 系统硬件结构如图 1 所示 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 2 图 1 系统原理图 为了便于做实验时能够将程序的写入和擦除,实验系统的主机选用运算速度快、芯 片控制功能完善的 at89c51 单片机实现。芯片具有电擦写、低功耗、高性能的 coms 八位单片机,其内部具有 4k 字节闪速可编程、可擦除只读存储器(eprom),128 个字节 的随机存取存储器(ram),它与 mc-51 系列单片机的管脚与指令系统完全兼容,并提供 了更多的可开发资源。同时 at89c51 芯片的外围电路简单,不需要进行外部扩展存储器,只 须接入+5v、地、复位(reset)电路及晶振电路等即可工作,可使系统整体结构更为简单、 实用。 （1） 数据采集 数据采集由温度传感器 ds18b20 采集被控对象的实时温度, 提供给 at89c51 的 p3.2 口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为所处室温。当然作为改进我们 可以把传感器与电路板分离，由数据线相连进行通讯，便于测量多种对象。 ds18b20 是 dallas 公司生产的总线式数字温度传感器，具有 3 引脚 to92 小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位 a/d 转换精 度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出， 支持 3v5.5v 的电压范围，使系统设计更灵活、方便；其工作电源既可在远端引入， 也可采用寄生电源方式产生；多个 ds18b20 可以并联到 3 根或 2 根线上，cpu 只需 一根端口线就能与诸多 ds18b20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 3 和逻辑电路。以上特点使 ds18b20 非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定， 及用户设定的报警温度存储在 eeprom 中，掉电后依然保存。ds18b20 使电压、特 性有更多的选择，可以构建更为经济的测温系统。 （2）lcd 显示单元 点阵式液晶可显示用户自定义的任意符号和图形,并可卷动显示,它作为便携式单片 机系统人机交互界面的重要组成部分被广泛应用于实时检测和显示的仪器仪表中。支 持汉字显示的图形点阵液晶在现代单片机应用系统中是一种十分常用的显示设备,汉字 bp 机、手机上的显示屏就是图形点阵液晶。它与行列式小键盘组成了现代单片机应用 系统中最常用的人机交互界面。 采用图形点阵式液晶显示较之其它显示方式主要有以下优点： 工作电压低、功耗极低。工作电压 35v,工作电流10uacm2,特别适用于便携式 的仪器仪表中。 液晶显示属被动显示,受外界光线干扰小。 图形点阵式液晶可显示的信息量大,分辨率高。 不产生电磁干扰。 可靠性高。使用寿命长。 实验采用的液晶显示屏内置控制器为 sed1520，点阵为 12232，由两片 srd1520 组成，选用信号 e1 和 e2，分别控制显示屏的左右两半屏。点阵图形的显示 模块采用直接访问方式，将液晶显示模块的接口作为存储器或 i/o 设备直接挂在单片 机总线上，单片机过地质译码控制 e1 和 e2 的选通；读/写操作信号 r/w 由地址线 a1 控制；命令/数据寄存器选择信号由地址线 a0 控制。 （3 3）报警电路 本文中所设计的报警电路较为简单，由一个自我震荡型的蜂鸣器（只要在蜂鸣器 两端加上超过 3v 的电压，蜂鸣器就会叫个不停）和一个发光二极管组成。在这次设计 中蜂鸣器是通过 uln2003 电流放大 ic 来控制。在我们所要求的温度达到一定的上界或 者下界时，报警电路开始工作。 四四 系统软件设计系统软件设计 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 4 1 系统程序流程图如下系统程序流程图如下 图 3 系统程序流程 2 温度部分软件设计温度部分软件设计 ds18b20 的总线工作协议流程是：初始化rom 操作指令存储器操作指令数 据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序。故主机控制 ds18b20 完成温 度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 ds18b20 进行复位，复位成功后发 送一条 rom 指令，最后发送 ram 指令，这样才能对 ds18b20 进行预定的操作。复 位要求主 cpu 将数据线下拉 500 微秒，然后释放，ds18b20 收到信号后等待 1660 微秒左右，后发出 60240 微秒的存在低脉冲，主 cpu 收到此信号表示复位成功。 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 5 lcd 显示子程序： 图 4lcd 显示子程序 五五 时间及进度安排时间及进度安排 第 1 周至第 4 周是查阅相关资料 第 4 周交开题报告给指导老师审阅 第 5 至 7 周为硬件设计阶段 第 8 至 11 周为软件设计阶段 第 12 周是上机调试阶段 第 13 至 14 周是写论文、打印并审阅 第 15 周开始毕业答辩。 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 6 六六.主要参考文献主要参考文献 1杨宁等.单片机与控制技术m. 北京:北京航空航天大学出版社，2005 2丁元杰.单片微机原理及应用m.北京：机械工业出版社，2002 3何立民.单片机应用技术选编（19）m.北京:北京航空航天大学出版社,1993-2001 4张培仁.基于 c 语言编程 mcs51 单片机原理与应用m.北京:清华大学出版社,2003.1 5刘征宇.最新 74 系列 ic 特性代换手册m.福建:福建科学技术出版社, 2002.2 6杨小川编著. protel dxp 设计指导教程m.清华大学出版社，2003 7楼然苗等.51 系列单片机设计实例m.北京:北京航空航天大学出版社,2003.3 8勒达.单片机应用系统开发实例导航m.北京:人民邮电出版社,2003.10 9何希才.通用电子电路应用 400 例m.北京:电子工业出版社,2005.6 10李群芳等.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础m.北京:清华大学出版社, 2005.3 11何希才.通用电子电路应用 400 例m.北京:电子工业出版社，2005.6 12魏炎.一种高速数据采集系统的实现j.科技情报开发与经济，2007（2） 13韩群党.提高单片机系统可靠性的设计方法j.单片机及嵌入式系统应用，2005（6） 14蔡帷铮.常用电子元器件手册m.哈尔滨工业大学出版社,2001 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 7 2007 届 本 科生毕业论文 存档编号 襄 樊 学 院 毕业论文 (设计 ) 论论文文( (设设计计) )题题目目： 温温度度测测量量 l lc cd d 显显示示系系统统的的设设计计 topic: design of temperature measuring and lcd displaying system 系系 别：别：电气信息工程系 专专 业：业： 自 动 化 班班 级：级： 0311 学学 生：生： 单 铁 铸 指导老师：指导老师： 贾 巍 2007 年 6 月 10 日 目目 录录 摘摘 要要i abstractii 绪绪 论论 1 1 1 系统的设计方案系统的设计方案3 2 硬件设计硬件设计 2.1 单片机的选用 4 2.2 温度检测电路的设计 6 2.3 键盘模块的设计 10 2.4 液晶显示模块的设计 12 2.5 声光报警电路的设计 16 3 软件软件设设计计 3.1 程序设计语言和软件开发环境 17 3.2 软件程序设计 18 4 抗干扰设计抗干扰设计 4.1. 硬件方面的措施26 4.2 软件抗干扰技术 26 结结 论论28 致致 谢谢29 参考参考文文献献30 附录：附录： 源程序源程序31 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 i 摘摘 要要 温度测量与控制是工程实践中常见的问题,在工业生产中有着广泛的应用。针对此领域的发 展方向， 本论文设计了一个基于单片机的智能温度测量系统。本系统 以 at89c51 单片机为 微控制 器，采用数字温度传感器 ds18b20 作为测温元件, 温度传感器 ds18b20 采集温度信号送给 单片机处理，单片机再把处理后的温度数据送到 lcd 上显示出来。 能够实现快速、准确的测温功 能和越限声光报警功能。本论文完成了系统硬件电路的设计，给出了软件流程框图，并编写了相关 的软件程序。 关关键键词词 ：温度测量 ；传感器 ；单片机 ；lcd 显示 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 ii abstract temperature measuring and the controlling are very common in the project practice and are widely adopted in the industry production . in view of development direction of this domain, this paper introduces a temperature measuring system which take the at89c51 single chip microcontroller as an controlling unit and the digital temperature sensor -ds18b20, as temperauture measuring transducer. the collected temperature signals of the digital temperature transducer-ds18b20 are processed by the single chip microcontroller. the processed temperature signals are displayed on the lcd.this system has achieved prompt and precise temperature measuring and the super warnning function by sound and light .this paper has finished the design of hardware curcuit and compiled related software program key word: temperature measuring；sensor；single chip microcontroller ；lcd display 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 1 绪绪 论论 在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速等开关量都是常用的 主要被控参数。温度是表征物体冷热程度的物理量，他是六个基本物理量之一， 在工业生产和科学研究各个领域中，温度的测量与控制占有重要的地位，涉及范 围之广无人不知。例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加 工等许多领域中，人们都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进 行监测和控制，所以温度控制领域一直是人们长期关注的热点，具有广阔的前景。 温度测量系统的应用十分广泛，目前国内外的研究也很多。大型矿业、企业的车 间、矿井、锅炉、电炉等一系列场合均少不了对温度的测量和控制，特别是恒温 箱及加热炉中，温度的控制就显得更为重要。 温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。 传感器主要大体经过了三个发展阶段： (1)模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称 硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度 )、测 温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离 测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最 为普遍的一种集成传感器，典型产品有ad590、ad592、tmp17、lm135 等； (2)模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温 度控制器，典型产品有 lm56、ad22105 和 max6509。某些增强型集成温度 控制器(例如 tc652/653)中还包含了 a/d 转换器以及固化好的程序，这与智能 温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这 是二者的主要区别； (3)智能温度传感器。 智能温度传感器 (亦称数字温度传感器 )是在 20 世纪 90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结 晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d 转换器、信号处理器、存储 器(或寄存器 )和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随 机存取存储器 (ram)和只读存储器 (rom)。智能温度传感器的特点是能输出温 度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 2 础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 进入 21 世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠 性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向 迅速发展。 针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、测量精确并且性价比 高的单片机测温系统。 单片机具有集成度高、体积小、易于产品化等特点，广泛应用于电子仪表、 家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，采用单片机来对它们进 行控制不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高被控温度的 技术指标 使产品小型化智能化，既提高了产品的功能与质量，又降低了成本。 本设计采用数字温度传感器ds18b20 作为测温传感器 , 被测温度用符号扩 展的 16 位数字量方式串行输出，将数字量送入单片机系统中 进行数据处理 ，并 在 lcd 上显示出来。 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 3 1.1. 系统系统的设计的设计方案方案 按照系统的设计功能要求，本温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用 单片机的自动控制功能,配合简单的按键控制温度的测量及显示。 初步确定设计系统由单片机主控模块、测温模块、显示模块、键盘接口模块和声 光报警模块共 5 个模块组成，电路系统框图如图 1.1 所示。 图 1.1 系统组成框图 对于单片机的选择，如果用8031系列，由于它没有内部ram，系统又需要大量内 存存储数据，因而不可用。因而我采用at89c51，51系列单片机的rom为4k，虽然有 点小，对于我们单独的温度测量，空间应该足够了。 温度的显示可以用数码管，但是数码管只能显示简单的数字和字符，我们设计的 系统有很多东西需要显示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多 的数据，用可以显示汉字的液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，让人看起来会 很方便，具有良好的人机界面。 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 4 2.2. 硬件设计硬件设计 2.12.1 单片机的选用单片机的选用 2.1.12.1.189c5189c51 系列单片机的特点系列单片机的特点 单片机（microcontroller，又称微处理器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型 机，这些部件包括中央处理器 cpu、数据存储器 ram、程序存储器 rom、定时器/计 数器和多种 i/o 接口电路。 at89c51 单片机的基本结构见图 2.1。 图 2.1 mcs51 单片机的基本结构 89c51 是 mcs51 系列单片机的一个产品。mcs51 系列单片机是 intel 公司推出的 通用型单片机，其结构特点如下： （1）8 位 cpu； （2）片内震荡及时钟电路； （3）32 根 i/o 线； （4）外部存储器寻址范围 rom、ram 各 64k； （5）2 个 16 位的定时器/计数器； （6）5 个中断源，2 个中断优先级； （7）全双工串行接口。 89c51 单片机系列指的是 mcs51 系列和其他公司的 89c51 衍生产品。这些衍生 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 5 品是在基本型基础上增强了各种功能的产品，如高级语言型、flash 型、eeprom 型、 a/d 型、dma 型、多并行口型等，这些产品给 8 位单片机注入了新的活力，给它的开 发应用开拓了更广泛的前景。 2.1.22.1.2 89c5189c51 系列单片机的引脚功能系列单片机的引脚功能 89c51 系列单片机的引脚图如图 2.2 所示： 图 2.2 at89c51 引脚图 1. 芯片主电源引脚 第 40 引脚是引脚，接电源的+5v 电压为单片机芯片提供电能。 cc v 第 20 引脚是引脚，接地。 ss v 2. 晶振引脚 第 19 引脚是晶振引脚 xtal1，它接单片机内部一个反相放大器的输入端，该放大 器构成片内振荡器。第 18 引脚是晶振引脚 xtal2，它按单片机内部反相放大器的输出 端。当采用外部振荡器时，xtal1 引脚接地，xtal2 引脚接外部振荡器信号。 3. 控制引脚 控制引脚共有 4 个，分别是 rstvpd、。progale /psenea pp v rst/vpd：复位/备用电源线，可以使 8051 处于复位（即初始化）工作状态。通常， 8051 的复位有自动复位和人工复位两种。 rst/vpd 的第二功能是作为备用电源输入端。当主电源发生故障而降低到规定 cc v 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 6 低电平时，rst/vpd 线上的备用电源自动投入，以保证片内 ram 中信息不丢失。 地址锁存使能引脚是第 30 引脚，当访问外部器件时，ale 输出用于progale / 锁存地址的低位字节。对于 8751 单片机，该引脚在编程时被用于编程脉冲的输入端。 是第 29 引脚，该引脚的输出是外部程序存储器的选通信号，输出高电平有psen 效。 引脚是第 31 引脚，该引脚主要是用于区分片内外程序存储器。eaea pp v 为高平时，访问的是片内程序存储器，如果地址范围超出了片内程序存储器，则自 pp v 动转到片外程序存储器。为低电平时，则访问的是片外程序存储器。ea pp v 4.输入/输出引脚 p0 口是第 32 引脚到第 39 引脚。p0 口是 8 位三态 i/o 口，一般复用作地址数据线， 即数据线与地址线的低 8 位复用。p1 口是第 1 引脚到第 8 引脚。p1 口是 8 位准双向口， 其输出没有高阻态，输入不能锁存。对于 8052，p1.0 引脚还是 t2 定时器计数器的 输入，p1.1 是 t2 的外部控制端，p2 口是第 21 引脚到第 28 引脚 o p2 口也是 8 位准双 向口。一般用作地址线的高 8 位。p3 口是第 10 引脚到第 17 引脚。p3 口也是 8 位难双 向口。可以用作普通 i/o 口，也可以有如下功能： p3.0 作串行通信输入口 rxd； p3.1 作串行通信输出口 txd； p3.2 作外部中断 0 输入； p3.3 作外部中断 1 输入； p3.4 作定时器 0 外部输入； p3.5 作定时器 1 外部输入； p3.6 作外部数据存储器写脉冲： p3.7 作外部数据存储器读脉冲。 2.22.2 温度检测电路的设计温度检测电路的设计 2.2.1.2.2.1.温度传感器的设计温度传感器的设计 根据性价比和各方面的要求,本实验选用 ds18b20 作为温度传感器. 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 7 ds18b20 是 dallas 公司生产的总线式数字温度传感器，具有 3 引脚 to92 小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为 9 位12 位 a/d 转换 精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出， 支持 3v5.5v 的电压范围，使系统设计更灵活、方便；其工作电源既可在远端引入， 也可采用寄生电源方式产生；多个 ds18b20 可以并联到 3 根或 2 根线上，cpu 只 需一根端口线就能与诸多 ds18b20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的 引线和逻辑电路。以上特点使 ds18b20 非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨 率设定，及用户设定的报警温度存储在 eeprom 中，掉电后依然保存。ds18b20 使电压、特性有更多的选择，可以构建更为经济的测温系统。 ds18b20 温度传感器是美国 dallas 半导体公司最新推出的一种改进型智能温 度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位 的数字值读数方式。电路图如图 2.3 所示。 图 2.3 温度传感器 ds18b20 引脚功能说明如下。 nc（1，2，6，7，8 脚）：空引脚，悬空不使用。 vcc（3 脚）：可选电源脚，电源电压范围 3-5v。当工作于寄生电源时，此引脚必须 接地。 dq（4 脚）：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。 ds18b20 的性能特点如下： （1） 独特的单总线接口仅需要一个端口引脚进行通信； （2） 多个 ds18b20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； （3） 无须外部器件； （4） 可通过数据线供电，电压范围为 3.05.5v； （5） 零待机功耗； （6） 温度以 9 或 12 位数字量读书； 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 8 （7） 用户可定义的非易失性温度报警设置； （8） 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； （9） 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 ds18b20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 ram 和一个非易失性的可电 擦除的 eeram。头两个字节包含测得的温度信息，第三和第四字节是 th 和 tl 的拷贝， 是易失的，每次上电复位时被刷新。第五个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温 度值的数字转换分辨率。ds18b20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度 的数值。该字节各位的定义如表 2.1 所示。低 5 位一直为 1，tm 是测试模式位，用于 设置 ds18b20 在工作模式还是在测试模式。 表 2.1 字节定义 2.2.2.ds18b202.2.2.ds18b20 温度传感器的内部结构温度传感器的内部结构 ds18b20 温度传感器的内部结构图如图 2.4 所示。 图 2.4 ds18b20 内部结构 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 9 图 2.4 显示了 ds18b20 的主要零组件,有四个主要零组件:1)64 位光刻 rom, 2)温 度传感器,3)温度报警触发器 th 和 tl,以及 4)配置寄存器。 ds18b20 是通过单线接口来完成通信的。使用这个单线接口时，rom 通信建立之前 内存控制功能将不可用。主机必须首先提供五个 rom 功能命令之一：1)读 rom, 2)匹配 rom, 3)搜索 rom, 4)跳过 rom,或 5)报警搜索。在 rom 命令通讯成功后，主机就可以执 行六个内存和控制功能命令中任何一个命令。 温度的测量结果存放在 ds18b20 的存储器中，可以通过发读暂存器内容的内存命 令读出测量结果。温度报警触发器 th 和 tl 各包括 1 字节的 eeprom。暂存器包含一个 用于设定温度到数字的转换精度的配置字节。 2.2.3.2.2.3.温度传感器与单片机的连接温度传感器与单片机的连接 温度传感器与单片机的连接如图 2.5 所示。 nc 2 vdd 3 nc 7 nc 8 gnd 5 nc 6 dq 4 nc 1 u2 ds18b20 y1 11.0592m + c3 r2 4.7k r1 10k s1 rst c1 22pf c2 22pf vcc vcc dq vcc ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 w r 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p 10 1 p 11 2 p 12 3 p 13 4 p 14 5 p 15 6 p 16 7 p 17 8 p 00 39 p 01 38 p 02 37 p 03 36 p 04 35 p 05 34 p 06 33 p 07 32 p 20 21 p 21 22 p 22 23 p 23 24 p 24 25 p 25 26 p 26 27 p 27 28 p sen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 vss 20 vcc 40 u1 89c51 dq vcc c4 图 2.5 温度传感器与单片机的连接 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 10 2.32.3 键盘模块的设计键盘模块的设计 2.3.12.3.1 键盘技术键盘技术 键盘是由若干按键组成的开关矩阵，它是微型计算机最常用的输入设备，用户可 以通过键盘向计算机输入指令、地址和数据。一般单片机系统中采用非编码键盘，非 编码键盘是由软件来识别键盘上的闭合键，它具有结构简单，使用灵活等特点，因此 被广泛应用于单片机系统。 2.3.22.3.2 按键开关的抖动问题按键开关的抖动问题 组成键盘的按键有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构 成的。在下图中，当开关 s 未被按下时，i/o 输入为高电平，s 闭合后，i/o 图 2.6 输入为低电平。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会有抖动动，i/o 输 入端的波形如图 2.6 所示。 为使 cpu 能正确地读出 i/o 口的状态，对每一次按键只作一次响应，就必须考虑 如何去除抖动，常用的去抖动的方法有两种：硬件方法和软件方法。单片机中常用软 件法。软件法其实很简单，就是在单片机获得 i/o 口为低的信息后，不是立即认定 s1 已被按下，而是延时 10 毫秒或更长一些时间后再次检测 i/o 口，如果仍为低，说明 s1 的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。 2.3.32.3.3 矩阵式键盘工作原理及其设计矩阵式键盘工作原理及其设计 矩阵式键盘的结构与工作原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少 i/o 口的占 用，通常将按键排列成矩阵形式，如图 2.7 所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直 线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如 p1 口）就 可以构成 4*4=16 个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区 别越明显，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，下图中，将行 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 11 线所接的单片机的 i/o 口作为输出端，而列线所接的 i/o 口则作为输入。这样，当按键 没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有 键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下 了。具体的识别及编程方法如下所述。 图 2.7 矩阵键盘接口电路图 矩阵式键盘的按键识别方法：确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种“行扫描法” 。 行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上 图所示键盘。判断键盘中有无键按下, 将全部行线 y0y3 置低电平，然后检测列线的 状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平 线与 4 根行线相交叉的 4 个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 判断闭合键所在的位置，在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方 法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确 定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线 与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。 在本设计中，按键为 44 矩阵键盘组成，十五个键分别设置成五个功能键和十个 数字键。分别定义为： a 键：开始键（其功能是按下该键时，开始测量温度） b 键：重新测温（其功能是按下该键时，当前温度清零，重新测量） c 键：结束键（其功能是按下该键时，温度测量停止） d 键：温度上限值设置键（其功能是按下该键时，可以设置温度的上限） 毕业设计 温度测量 lcd 显示系统的设计 12 e 键：温度下限值设置键（其功能是按下该键时，可以设置温度的下限） 0-9 数字